Đề tài PLC S7 - 300 cho hệ thống MPS

Trƣờng TCN KTCN Hùng Vƣơng TT Cơ Điện Tử 1 K.Sƣ Trần Văn Hiếu Email: tranhieu.hungvuong@gmail.com 161 – 165 Nguyễn Chí Thanh, Phƣờng 12, Quận 5 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ 5 CHƢƠNG I GIỚI THIỆU VỀ PLC ........................................................................ 6 1.1.SƠ LƢỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ..................................................................... 6 1.2. CẤU TRÚC VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC ............................ 7 1.2.1. Cấu trúc .............................................................................................................. 7 1.2.2. Hoạt động của một PLC ...................................................................................... 7 1.3. Phân loại PLC ........................................................................................................... 9 1.3.1.Loại 1 : Micro PLC (PLC siêu nhỏ) ..................................................................... 9 1.3.2.Loại 2 : PLC cỡ nhỏ (Small PLC) ........................................................................ 9 1.3.3. Loại 3 : PLC cỡ trung bình (Medium PLCS) ..................................................... 10 1.3.4. Loại 4: PLC cỡ lớn (large PLC) ........................................................................ 11 1.3.5 Loại : PLC rất lớn (very large PLCs) ................................................................. 12 1.4. SO SÁNH PLC VỚI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÁC LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG PLC ............................................................................................................. 12 1.4.1. Việc sử dụng PLC và các hệ thống điều khiển khác .......................................... 12 1.4.2. Lợi ích của việc sử dụng PLC ........................................................................... 13 1.5. MỘT VÀI LĨNH VỰC TIÊU BIỂU ỨNG DỤNG PLC .......................................... 14 Chƣơng 2: PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN .................................................................... 15 2.1. Tiếp điểm thƣờng mở, thƣờng đóng, cảm biến, ký hiệu ........................................... 15 2.2. Các liên kết nhị phân – Đại số Boolean ................................................................... 15 2.3. Lênh Set & Reset ..................................................................................................... 16 2.4. Set / Reset một FLIP FLOP ..................................................................................... 16 2.5. Lệnh Nhảy – JUMP ................................................................................................. 17 2.5.1. Nhảy không điều kiện ....................................................................................... 17 2.5.2. Lệnh nhảy có điều kiện .................................................................................... 18 2.6. Nhận biết cạnh tín hiệu ............................................................................................ 18 2.6.1. Nhận biết tín hiệu cạnh lên – POS (P) ............................................................... 18 Trƣờng TCN KTCN Hùng Vƣơng TT Cơ Điện Tử 2 K.Sƣ Trần Văn Hiếu Email: tranhieu.hungvuong@gmail.com 161 – 165 Nguyễn Chí Thanh, Phƣờng 12, Quận 5 2.6.2. Nhận biết tín hiệu cạnh xuống – NEG (N) ........................................................ 19 Chƣơng 3: PHÉP TOÁN SỐ HỌC ......................................................................... 20 3.1. Nạp và truyền dữ liệu .............................................................................................. 20 3.2. Timer ....................................................................................................................... 20 3.2.1. Trễ theo sƣờn lên không có nhớ - SD ( On Delay Timer) .................................. 20 3.2.2. Trễ theo sƣờn lên có nhớ - SS ( Retentive On Delay Timer) ............................. 21 3.2.3. Timer tạo xung không có nhớ ( Pulse Timer – SP) ............................................ 22 3.2.4. Timer tạo xung có nhớ - SE ( Extended Pulse Timer) ....................................... 22 3.2.5. Timer trễ theo sƣờn xuống ................................................................................ 23 3.3. Bộ đếm (Counter) .................................................................................................... 23 3.3.1. Nguyên tắc làm việc ......................................................................................... 23 3.3.2. Khai báo sử dụng .............................................................................................. 24 3.3.3. Bộ đếm câu lệnh Bit ......................................................................................... 25 3.4. Phép Toán Chuyển Đổi ........................................................................................ 26 3.4.1. Phép toán chuyển đổi BCD và I ........................................................................ 26 3.4.2. Phép toán chuyển đổi BCD và DI ..................................................................... 27 3.4.3. Phép toán chuyển đổi I – DI – REAL ................................................................ 28 3.5. Phép so sánh – CMP ................................................................................................ 30 3.6. Các phép toán Logic ................................................................................................ 30 3.6.1. Phép toán Logic AND – WAND_W ................................................................. 30 3.6.2. Phép toán Logic OR – WOR_W ....................................................................... 31 3.6.2. Phép toán Logic XOR – WXOR_W ................................................................. 32 3.7. Các Phép Toán Học Cơ Bản .................................................................................... 33 3.8. Lệnh dịch chuyển – Shift ......................................................................................... 34 3.9. Lệnh Xoay Doubleword .......................................................................................... 35 Chƣơng 4: XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG ................................................................. 35 4.1. Sử dụng các Module Analog .................................................................................... 35 4.2. Module đo lƣờng ..................................................................................................... 36 Trƣờng TCN KTCN Hùng Vƣơng TT Cơ Điện Tử 3 K.Sƣ Trần Văn Hiếu Email: tranhieu.hungvuong@gmail.com 161 – 165 Nguyễn Chí Thanh, Phƣờng 12, Quận 5 4.3. Định tỉ lệ ngõ vào Analog ........................................................................................ 37 4.4.Định tỉ lệ ngõ ra Analog ........................................................................................... 38 Chƣơng 5: MỘT SỐ KHỐI HÀM CƠ BẢN ............................................................. 39 5.1. Khối hàm Byte & Bit ............................................................................................... 39 5.1.1. Đặt một loạt Byte ngõ ra lập tức FC101 ............................................................ 39 5.1.2. Đặt một loạt Bit ngõ ra FC83 ............................................................................ 40 5.1.3. Xóa một loạt Byte lập tức FC100 ...................................................................... 41 5.1.4. Xóa một loạt bit FC82 ...................................................................................... 42 5.2. Hàm chuyển đổi ...................................................................................................... 44 5.2.1. Giải mã 7 đoạn FC93 ........................................................................................ 44 5.2.2. Hàm đổi tầm Scale FC105 ................................................................................ 45 5.2.3. Hàm đổi tầm ngƣợc UnScale FC106 ................................................................. 46 Chƣơng 6: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM STEP7 ......................................................... 47 6.1. Giới thiệu chung về STEP7 ................................................................................... 47 6.2. Cài đặt phần mềm STEP 7 V5.4 ............................................................................ 49 6.3. Soạn thảo một Project ........................................................................................... 54 6.3.1. Khai báo và mở một Project ........................................................................ 55 6.3.2. Xây dựng cấu hình cứng cho trạm PLC ....................................................... 56 6.3.3. Đặt tham số quy định chế độ làm việc cho module ...................................... 58 6.3.4. Soạn thảo chƣơng trình cho các khối logic .................................................. 59 6.4. Làm việc với PLC ................................................................................................. 62 6.4.1. Quy định địa chỉ MPI cho module CPU ...................................................... 62 6.4.2. Ghi chƣơng trình lên module CPU .............................................................. 63 6.4.3. Giám sát việc thực hiện chƣơng trình .......................................................... 64 6.4.4. Giám sát module CPU ................................................................................. 66 6.4.5. Giám sát nội dung ô nhớ ............................................................................. 67 PHỤ LỤC 1 ...................................................................................................................... 69 I. VÙNG NHỚ PLC S7 – 300 ........................................................................................ 69 Trƣờng TCN KTCN Hùng Vƣơng TT Cơ Điện Tử 4 K.Sƣ Trần Văn Hiếu Email: tranhieu.hungvuong@gmail.com 161 – 165 Nguyễn Chí Thanh, Phƣờng 12, Quận 5 II. HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG SIMULATION ............................................................... 71 III. BÀI TẬP .................................................................................................................. 76 M Ở Đ ẦU .................................................................................................................. 76 Counter v à Timer ...................................................................................................... 77 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ........................................................................................... 80 Bài tập nâng cao ......................................................................................................... 81 Phƣơng pháp lập trình Grafcet .................................................................................... 83 BÀI TẬP ỨNG DỤNG .............................................................................................. 84 PHỤ LỤC 2 – TRẠM MPS .............................................................................................. 91 I. DISTRIBUTION STATION – TRẠM CUNG CẤP.................................................... 91 II. TESTING STATION – TRẠM KIỂM TRA ........................................................... 101 III. PROCESSING STATION – TRẠM GIA CÔNG ................................................... 113 IV. HANDLING STATION – TRẠM TAY GẮP ........................................................ 120 V. SORTING STATION – TRẠM PHÂN LOẠI ......................................................... 129 PHỤ LỤC 3 – MỘT SỐ ĐỀ THI THAM KHẢO ......................................................... 138 ĐỀ THI THỰC HÀNH .................................................................................................... 138 ĐỀ THI THỰC HÀNH .................................................................................................... 142 ĐỀ THI THỰC HÀNH .................................................................................................... 146 ĐỀ THI THỰC HÀNH .................................................................................................... 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 155 Trƣờng TCN KTCN Hùng Vƣơng TT Cơ Điện Tử 5 K.Sƣ Trần Văn Hiếu Email: tranhieu.hungvuong@gmail.com 161 – 165 Nguyễn Chí Thanh, Phƣờng 12, Quận 5 LỜI CẢM ƠN Với sự phát triển công nghệ hiện nay, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa thì PLC và những ứng dụng đóng một vai trò rất quan trọng và chủ chốt trong hệ thống tự động hóa. Với mục đích đào tạo đội ngũ thuật viên chất lƣợng cao và chuẩn hóa đƣợc tài liệu cho mọi ngƣời muốn tìm hiểu, nghiên cứu về PLC. Những mong muốn làm thế nào để mọi ngƣời có thể cùng nghiên cứu và đƣa ứng dụng PLC vào sản xuất. Với những kiến thức và hiểu biết về lĩnh vực PLC Siemens, những tài liệu tham khảo trực tiếp của hãng Siemens, tài liệu về hệ thống MPS của hãng Festo đã giúp tôi hoàn thiện tài liệu PLC S7 – 300 cho hệ thống MPS. Trong quá trình làm việc và nghiên cứu tại Trƣờng TCN – KTCN Hùng Vƣơng đƣợc sự giúp đỡ tận tình từ nhà trƣờng, đặc biệt là Thầy Phạm Phú Thọ để tôi hoàn thành tài liệu này. Xin chân thành cám ơn Thầy luôn động viên và giúp đỡ em về tinh thần lẫn kiến thức chuyên môn để em hoàn thành tốt cuốn sách này. Những kiến thức của tôi cũng chỉ nhỏ bé và mong cùng trao đổi, học hỏi và cùng chia sẻ với mọi ngƣời trong cùng lĩnh vực. Nếu có sai sót và bổ sung mong sự giúp đỡ của tất cả những bạn bè trong cùng lĩnh vực giúp. Thân chào và chân thành cám ơn TP.HCM, tháng 2 năm 2011 K.Sƣ Trần Văn Hiếu Trƣờng TCN KTCN Hùng Vƣơng TT Cơ Điện Tử 6 K.Sƣ Trần Văn Hiếu Email: tranhieu.hungvuong@gmail.com 161 – 165 Nguyễn Chí Thanh, Phƣờng 12, Quận 5 CHƢƠNG I GIỚI THIỆU VỀ PLC 1.1.SƠ LƢỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (programmable controller) đã đƣợc những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ). Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, ngƣời sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bƣớc cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhƣng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hổ trợ cho công việc lập trình. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (programmable controller handle) đầu tiên đƣợc ra đời vào năm 1969. Điều này đã tạo ra một sự phát triển thật sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bƣớc tạo ra đƣợc một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là :Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The diagroom format). Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hổ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (data manipulation). Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa ngƣời điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn. Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng: hệ thống ngõ vào/ra có thể tăng lên đến 8.000 cổng vào/ra, dung lƣợng bộ nhớ chƣơng trình tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ (word of memory). Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ xử lý của hệ thống đƣợc cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp số lƣợng cổng ra/vào lớn. Trong tƣơng lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM Computer Intergrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam… ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thông minh” (intelligence) còn gọi là các siêu PLC (super PLCS) cho tƣơng lai. Trƣờng TCN KTCN Hùng Vƣơng TT Cơ Điện Tử 7 K.Sƣ Trần Văn Hiếu Email: tranhieu.hungvuong@gmail.com 161 – 165 Nguyễn Chí Thanh, Phƣờng 12, Quận 5 1.2. CẤU TRÚC VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC 1.2.1. Cấu trúc Một hệ thống điều khiển lập trình cơ bản phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit : CPU) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/0). Hình 1.1 : Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp. Hình 1.2 mô tả ba phần cấu thành một PLC. Hình 1.2 : Sơ đồ khối tổng quát của CPU 1.2.2. Hoạt động của một PLC Về cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản. Đầu tiên, hệ thống các cổng vào/ra (Input/Output) (còn gọi là các Module xuất /nhập) dùng để đƣa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (nhƣ các sensor, công tắc, tín hiệu từ động cơ …). Sau khi nhận đƣợc tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử lý và đƣa các tín hiệu điều khiển qua Module xuất ra các thiết bị đƣợc điều khiển. Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét (scan) dữ liệu hoặc trạng thái của thiết bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau đó thực hiện các chƣơng trình trong bộ nhớ nhƣ sau: một bộ đếm chƣơng trình sẽ nhặt lệnh từ bộ nhớ chƣơng trình đƣa ra thanh ghi lệnh để thi hành. Chƣơng trình ở dạng STL (StatementList – Dạng lệnh liệt kê) sẽ đƣợc dịch ra O U T P U T S Central Processing Unit I N P U T S m M M M M M M m M M M M M M Processo r Memory Power Supply Trƣờng TCN KTCN Hùng Vƣơng TT Cơ Điện Tử 8 K.Sƣ Trần Văn Hiếu Email: tranhieu.hungvuong@gmail.com 161 – 165 Nguyễn Chí Thanh, Phƣờng 12, Quận 5 ngôn ngữ máy cất trong bộ nhớ chƣơng trình. Sau khi thực hiện xong chƣơng trình, CPU sẽ gởi hoặc cập nhật (Update) tín hiệu tới các thiết bị, đƣợc thực hiện thông qua module xuất. Một chu kỳ gồm đọc tín hiệu ở ngõ vào, thực hiện chƣơng trình và gởi cập nhật tín hiệu ở ngõ ra đƣợc gọi là một chu kỳ quét (Scanning). Trên đây chỉ là mô tả hoạt động đơn giản của một PLC, với hoạt động này sẽ giúp cho ngƣời thiết kế nắm đƣợc nguyên tắc của một PLC. Nhằm cụ thể hóa hoạt động của một PLC, sơ đồ hoạt động của một PLC là một vòng quét (Scan) nhƣ sau: Hình 1.3 :Một vòng quét của PLC. Thực tế khi PLC thực hiện chƣơng trình (Program execution) PLC khi cập nhật tín hiệu ngõ vào (ON/OFF), các tín hiệu hiện nay không đƣợc truy xuất tức thời để đƣa ra (Update) ở ngõ ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở ngõ ra (ON/OFF) phải theo hai bƣớc: khi xử lý thực hiện chƣơng trình, vi xử lý sẽ chuyển đổi các bƣớc logic tƣơng ứng ở ngõ ra trong “chƣơng trình nội” (đã đƣợc lập trình), các bƣớc logic này sẽ chuyển đổi ON/OFF. Tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở ngõ ra “that” (tức tín hiệu đƣợc đƣa ra tại modul out) vẫn chƣa đƣợc đƣa ra. Khi xử lý kết thúc chƣơng trình xử lý, việc chuyển đổi các mức logic (của các tiếp điểm) đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thực sự tác động lên ngõ ra để điều khiển các thiết bị ở ngõ ra. Thƣờng việc thực thi một vòng quét xảy ra với một thời gian rất ngắn, một vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện một vòng quét từ 1ms tới 100ms. Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chƣơng trình và cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị…). Vi xử lý có thể đọc đƣợc tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động với khoảng thời